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这是量子信息ppt下载，主要介绍了量子信息简介；量子比特；量子计算；量子克隆；量子隐形传态；量子算法，欢迎点击下载。

Chapter  One

Content:

1.1 量子信息(quantum information)简介

QI是研究用量子力学系统完成信息处理的学科。

QI最初起源于人们对量子力学的探究，以及人们对单个量子系统进行完备控制的兴趣。

超光速？→  量子不可克隆定理(No-cloning theorem)

腔量子电动力学(Cavity Electro-dynamics, C-QED)

扫描隧道显微镜(Scanning tunneling microscope, STM)

QI是计算机科学发展的结果。

1936年图灵提出计算模型——图灵机

冯∙诺依曼提出存储程序工作原理，五大部件

1947年晶体管诞生

1965年提出Moore定律，21世纪前20年尺度将达极限，量子效应将 使电路无法正常工作

算法的有效性：计算复杂度(computational complexity)

有效算法：计算时间随问题规模按多项式增长

非有效算法：计算时间随问题规模指数增长

例：大数因子分解，130位数～1个月; 400位数～1010年(宇宙年龄)

1985年，Deutsch：量子计算机(quantum computer)可能更有效！

Deutsch算法

1994年，Shor算法

1995年，Grover算法

QI是信息论和通信科学发展的结果。

香农(Shannon)：信息的定义，noiseless channel coding theorem, noisy channel coding theorem (error-correcting codes)

1995年，舒马赫(Schumacher )提出香农第一定理的量子对应，提出qubit概念。香农第二定理的量子对应尚未建立，但量子纠错码发展起来了。

1992年，Bennett等，密集编码(superdense coding)

1993年，Bennett等，量子隐形传态(teleportation)

分布式量子计算(distributed quantum computation)

量子密码(quantum cryptography) 或量子密钥分配(quantum key distribution, QKD)(已实用化)：

目前最广泛使用的密码体系：RSA密码体系

BB84协议、B92协议、EPR协议等

量子纠缠(entanglement)，纠缠纯化与浓缩(purification and concentration), 量子中继器(quantum repeater)等

1.2  量子比特(quantum bit, qubit)

Practice

n量子比特：

讨论：n个qubit的态构成多少维的Hilbert空间？用计算基展开时有多少个展开系数？就n=500情况估计一下数量级。

单比特门：量子Z门

单比特门：Hadmard门

多比特门

量子线路实例1：

该量子线路完成交换(swap)操作。

受控-U门：

1.4  量子克隆

量子不可克隆定理(no-cloning theorem)：

1.5  量子隐形传态(Teleportation)

量子隐形传态(teleportation) 是在发送方和接收方没有传统通信信道连接的情况下，传送量子状态的过程。

设待发送态为                 ，通信双方为Alice & Bob，他们之间需要共享一个Bell态(以下采用             )，则三个粒子的初始状态为：

此后的局域操作协议为：

1、Alice先执行CNOT操作：

再让第一个比特经过一个H门：

再对粒子1&2进行测量：各以1/4的概率得到                                           中的一个，相应地，Bob的粒子处于：

2、Alice通过经典通信告知Bob其测量结果(消耗两个经典比特)。

3、Bob根据Alice的结果做相应的操作得到被传送态：

不做任何操作

执行NOT即X操作

执行Z操作

先执行X操作再执行Z操作

另一种等价的说法：

纠缠交换(entanglement swapping)：

1.6  量子算法(quantum algorithms)

量子算法：

1985年， David

Deutsch定义了量子

图灵(Turing)机，

预言了量子计算机

的潜在能力。

算法: 用于求解某一类问题的指令序列集合。

算法复杂度( computational complexity)：用于衡量算法的难易程度。

一个问题的大小可以用一个整数n表示，n是指定这个问题需要输入的信息量的度量。如果一个问题的大小是n，解这个问题的算法需要的时间(或计算步数)为T(n)，当n增大时T(n)的增加不比n的一个多项式函数增加更快，称这一算法为多项式时间算法，不是多项式时间的算法称为指数算法。

能用多项式时间算法求解的问题称为P类问题。人们将迄今未找到多项式时间解法(但并未证明它没有多项式时间算法)的问题称为NP类问题。

量子并行性 ( quantum parallelism):

量子并行性：由于量子叠加性，量子计算机不仅可以作用于某个计算基态，而且可以同时作用于各个计算基态。

考虑作用于N量子比特上的函数 f 。f 的变量有2N个，经典计算需2N次，而量子计算只需计算一次。

量子计算机运行一次，其效果相当于

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《量子信息ppt》是由用户夙月于2018-04-27上传，属于教育培训PPT。